CN105328373B - 一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，涉及焊接设备技术领域。包括两条导向梁、若干平台、龙门架、可移动箱座及焊接机器人，导向梁相互平行，上端面设有导向导轨，平台设于导向梁之间，龙门架下部对称设有x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构，使龙门架沿导向梁移动；立臂之间设有可沿立臂移动的滑动梁及其驱动机构，上端面设有滑动导轨，可移动箱座套装于滑动梁上，其内上部设有与滑动导轨配合的滑动槽，下部有焊接机器人，可移动箱座上设有y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构，使可移动箱座沿滑动梁移动。其能够胜任对特大型工件的焊接机器人焊接加工，有效地保证焊接质量和效率。

Description

一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域。

背景技术

焊接是制造业中重要的加工工艺方法之一，在现代工程中应用十分广泛，由于其成型工艺的特殊性，使得超大型结构件焊接工艺比较复杂。目前，生产并使用的一些特殊焊接设备，在焊接过程中都存在一定局限性，其焊接的尺寸精度及位置精度需要频繁调整，焊接效率较低，与高端精密产品对焊接的质量要求还有差距。特别是在核电、航天等行业的产品制造过程中，超大型、高温、高承压、高承载的焊接件还存在一些不稳定性，因焊缝品质直接影响整套设备的安全运转。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其能够胜任对特大型工件的焊接机器人焊接加工，有效地保证了焊接的质量和效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，包括两条导向梁、若干平台、龙门架、可移动箱座及焊接机器人，两条导向梁相互平行，上端面设有导向导轨，平台设于两条导向梁之间，龙门架设于导向梁上部；龙门架包括两条立臂，两条立臂的顶端通过联接梁固接，立臂下部分别设有机座，两个机座底部设有与导向导轨配合的导向槽，外部均设有x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构，使得龙门架沿导向梁移动；两条立臂之间设有可沿立臂移动的滑动梁及其驱动机构，上端面设有滑动导轨，可移动箱座套装于滑动梁上，其内上部设有与滑动导轨配合的滑动槽，下部设有焊接机器人，可移动箱座上设有y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构，使得可移动箱座沿滑动梁移动。

作为进一步的技术方案，所述导向梁外侧面设有x轴螺旋齿条；x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构包括x轴伺服电机、x轴电机座、x轴减速器、x轴偏心座及x轴弹性调节机构；x轴伺服电机设于x轴电机座上，其输出轴与x轴减速器连接，x轴电机座的下端与x轴偏心座固定，x轴偏心座的偏心轴与机座铰接；x轴减速器的输出轴贯穿x轴偏心座，此输出轴的下端设有与x轴螺旋齿条配合的x轴螺旋齿轮；x轴弹性调节机构可调节x轴螺旋齿条与x轴螺旋齿轮之间啮合的压紧度；所述x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构与y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构的结构相同；所述滑动梁外侧面设有y轴螺旋齿条；y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构包括y轴伺服电机、y轴电机座、y轴减速器、y轴偏心座及y轴弹性调节机构，y轴电机座与可移动箱座的上端面固接，y轴偏心座与可移动箱座的上端面铰接，y轴减速器输出轴依次贯穿y轴偏心座及可移动箱座的上端面，其端部设有与y轴螺旋齿条配合的y轴螺旋齿轮。

作为进一步的技术方案，所述x轴弹性调节机构包括调节螺杆、x轴第一导向块、x轴第二导向块、x轴碟形弹簧及x轴螺母；x轴第一导向块固定设于机座上，x轴第二导向块固定设于x轴偏心座上，两者中部均设有同轴的导向孔；x轴调节螺杆通过导向孔依次穿过x轴第二导向块及x轴第一导向块，其外部设有外螺纹；x轴调节螺杆上位于x轴第二导向块外侧的一段套装有x轴碟形弹簧，x轴调节螺杆的两端均固定设有x轴螺母；所述y轴弹性调节机构中的y轴第一导向块与可移动箱座的上端面固接。

作为进一步的技术方案，所述x轴偏心座上对称的设有圆弧状的限位孔，机座上设有与限位孔配合且具有内螺纹的中心孔，限位螺栓穿过限位孔与中心孔连接；限位孔的圆心与x轴偏心座的偏心轴一致。

作为进一步的技术方案，所述调节螺杆中部为“凸”字型，两端均为设有螺纹的圆柱形。

作为进一步的技术方案，所述x轴偏心座底部还固定设有支承板，机座上固接有与x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构配合的带有凹槽开口的安装板。

作为进一步的技术方案，所述滑动梁外侧面设有y轴螺旋齿条；y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构包括y轴伺服电机、y轴电机座、y轴减速器、y轴偏心座及y轴弹性调节机构，其中y轴电机座及y轴弹性调节机构中的y轴第一导向块均与可移动箱座的上端面固接，y轴偏心座与可移动箱座的上端面铰接，y轴减速器输出轴依次贯穿y轴偏心座及可移动箱座的上端面，其端部设有与y轴螺旋齿条配合的y轴螺旋齿轮。

作为进一步的技术方案，所述可移动箱座的下部，焊接机器人上方还设有铣削动力头。

作为进一步的技术方案，所述可移动箱座包括架体、顶板及安装座，架体套装于滑动梁上，顶板与架体内上部固接，安装座设于架体下部，为方形箱体；焊接机器人设于安装座下端面，铣削动力头设于安装座侧面。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

在机座及可移动箱座上设置了驱动及预紧结合的驱动机构，最大限度的保证设备运行的平稳性，使得此生产线能够胜任特大型、高精密度的焊接加工，x轴运行42m跟踪精度±0.1mm，y轴及z轴跟踪精度达到±0.05mm，有效地保证了焊接工艺的精密度，且此精度已经达到了大型龙门铣床的作业标准。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构的放大示意图；

图3是图2的A向视图；

图4是图3的D向视图；

图5是图1中y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构的放大示意图；

图6是图5中架体及安装座的B向视图；

图7是图6的右视图；

图8是图5的局部结构示意图；

图9是图8的C向视图。

图中：1、导向梁；2、平台；3、龙门架；31、立臂；32、联接梁；33、机座；4、可移动箱座；41、架体；42、顶板；43、安装座；5、焊接机器人；6、x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构；7、滑动梁；9、y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构；10、x轴伺服电机；11、x轴电机座；12、x轴减速器；13、x轴偏心座；14、x轴螺旋齿轮；15、x轴调节螺杆；16、x轴第一导向块；17、x轴第二导向块；18、x轴碟形弹簧；19、x轴螺母；20、限位孔；21、限位螺栓；22、y轴伺服电机；23、y轴电机座；24、y轴减速器；25、y轴偏心座；26、y轴第一导向块；27、y轴螺旋齿轮；28、铣削动力头；29、支承板；30、安装板；51、y轴第二导向块；52、y轴调节螺杆；53、y轴碟形弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

国内的焊接设备制造工厂的说明书和广告资料的介绍中，设备的运行精度往往达不到±0.2mm，对生产高精密工件很不利。这种精度较低的原因主要是由于龙门架及焊接机器人在沿x轴和y轴移动的过程中容易出现齿轮与齿条啮合不紧密，出现不稳定的晃动导致的，因此需要提高其运行的稳定性。

如图1-9所示，为本发明一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线的一个实施例，包括：

两条导向梁1、若干平台2、龙门架3、可移动箱座4及焊接机器人5。两条导向梁1相互平行，上端面设有导向导轨，平台2设于两条导向梁1之间，平台2上均匀的设有很多具有内螺纹的固定孔，在加工工件之前，可先将工件通过对应的固定板压紧并固定在平台2上，保证在加工过程中工件平稳不移动，有助于提高加工精度。龙门架3设于导向梁1上部；龙门架3包括两条立臂31，两条立臂31的顶端通过联接梁32固接，立臂31下部分别设有机座33，两个机座33底部设有与导向导轨配合的导向槽，外部均设有x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构6，此机构的位置根据龙门架的尺寸确定最佳驱动电，使得龙门架3沿导向梁1移动，龙门架3的移动方向即定义为x轴。导向槽与导向导轨配合，限定龙门架3只能沿着导向梁1移动，运用这种结构使得设备的驱动结构简单，工作效率高，x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构6的启停及输出速度均由PLC控制，能够保证龙门架3两端同步平稳移动；且x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构6具有预紧功能，能够保证龙门架3的平稳运行，提高焊接精度。

两条立臂31之间设有可沿立臂31移动的滑动梁7，上端面设有滑动导轨，可移动箱座4套装于滑动梁7上，其内上部设有与滑动导轨配合的滑动槽，能够对可移动箱座4起到水平限位作用，使其只能沿着滑动梁7移动，提高运行平稳性。可移动箱座4下部设有焊接机器人5，可移动箱座4上设有y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构9，使得可移动箱座4沿滑动梁7移动，可移动箱座4的移动方向即定义为y轴。

龙门架3的两个立臂31侧面均设有滚珠螺杆副，顶部设有z轴伺服电机，z轴伺服电机通过z轴减速器与滚珠螺杆副连接；滑动梁7两端与滚珠螺杆副上套装的螺母连接。此时，滑动梁7能够通过滚珠螺杆副传递的扭矩来进行上升或下降，这一运动方向定义为z轴。滑动梁7带动了可移动箱座4的上下移动，就能够根据待加工平面的实际高度调整焊接机器人5的高度，无需对工件的高度进行调整，能够适应多种尺寸的工件加工，大大提高了工作效率，节省人力物力。

x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构6与y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构9的主要结构相同，均对x轴及y轴的运动起到驱动及预紧的作用，能够有效提高运动的稳定性及精度。

导向梁1外侧面设有x轴螺旋齿条。x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构6包括x轴伺服电机10、x轴电机座11、x轴减速器12、x轴偏心座13及x轴弹性调节机构。x轴伺服电机10设于x轴电机座11上，其输出轴与x轴减速器12连接，x轴电机座11的下端与x轴偏心座13固定，x轴偏心座13的偏心轴与机座33铰接。x轴减速器12的输出轴贯穿x轴偏心座13，此输出轴的下端设有与x轴螺旋齿条配合的x轴螺旋齿轮14。x轴弹性调节机构可调节x轴螺旋齿条与x轴螺旋齿轮14之间啮合的压紧度。x轴伺服电机通过带动x轴螺旋齿轮转动，其与x轴螺旋齿条啮合时能够传递扭矩，进而起到带动龙门架3移动。此预紧机构能够降低x轴螺旋齿轮14在运行过程中偏离正常工作位置的概率，且能够根据实际运行情况作出适度的摆动，不仅能够提高焊接或铣削的精度，还能够降低x轴螺旋齿轮14及x轴螺旋齿条受损的程度，提高设备运行的平稳性及延长使用寿命。x轴偏心座13的远离偏心轴的一角具有一缺口，是为了充分利用机座33上的空间。

x轴弹性调节机构包括调节螺杆15、x轴第一导向块16、x轴第二导向块17、x轴碟形弹簧18及x轴螺母19。x轴第一导向块16固定设于机座33上，x轴第二导向块17固定设于x轴偏心座13上，两者中部均设有同轴的导向孔。x轴调节螺杆15通过导向孔依次穿过x轴第二导向块17及x轴第一导向块16，其外部设有外螺纹；x轴调节螺杆15上位于x轴第二导向块17外侧的一段套装有x轴碟形弹簧18，x轴调节螺杆15的两端均固定设有x轴螺母19。x轴碟形弹簧18的弹性可以让x轴偏心座13能够摆动，不是完全固定的，起到减震作用，使得龙门架在运行过程中更加平稳，不容易震动。x轴螺母19对x轴调节螺杆15及x轴碟形弹簧18均起到限位作用，使得两者在运行过程中不松脱、不移位，并且还通过调整第二导向块17外侧的x轴螺母19的对x轴碟形弹簧18的压紧度来调整其可以摆动的幅度，进而达到调整运行精度的目的。

为了进一步提高运行精度，在x轴偏心座13上对称的设置圆弧状的限位孔20，机座33上设有与限位孔20配合且具有内螺纹的中心孔，限位螺栓21穿过限位孔20与中心孔连接；限位孔20的圆心与x轴偏心座13的偏心轴一致。这种结构使得x轴偏心座13的摆动受到限位孔20与限位螺栓21配合的限制，摆动的最大幅度是固定的，不会超出限位孔20的边界，进一步降低运行中出现大幅度震动的可能性，大大提高设备在x轴上的运行精度。

调节螺杆15中部为“凸”字型，两端均为设有螺纹的圆柱形。方便在拧紧螺母的时候利用工具施加反向力，更容易拧紧螺母。

x轴偏心座13底部还固定设有支承板29，机座33上设有与x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构配合的带有凹槽开口的安装板30，安装板30与机座33固定连接。支承板29主要为了让x轴偏心座13结构稳固，在装卸的时候提供更多的受力平台，其板面形状为：一侧具有长方形的边缘形状，靠近机座33的内侧为与x轴偏心座13的边缘形状一致。安装板30上设有朝向机座33外侧的凹槽，可以在将x轴弹性调节机构拆除后转动x轴偏心座13，将x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构6直接转出安装位置，进行拆卸；在安装时先将x轴偏心座13的偏心轴安装好，再安装x轴伺服电机等部件，全部安装好后直接转入安装位置，再进行x轴弹性调节机构的安装，这样能够简化装卸过程，进一步提高工作效率。

滑动梁7外侧面设有y轴螺旋齿条。y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构9包括y轴伺服电机22、y轴电机座23、y轴减速器24、y轴偏心座25及y轴弹性调节机构，其中y轴电机座23及y轴弹性调节机构中的y轴第一导向块26均与可移动箱座4的上端面固接，y轴偏心座25与可移动箱座4的上端面铰接，y轴减速器24输出轴依次贯穿y轴偏心座25及可移动箱座4的上端面，其端部设有与y轴螺旋齿条配合的y轴螺旋齿轮27。其中，y轴弹性调节结构可调节y轴螺旋齿条与y轴螺旋齿轮27之间啮合的压紧度。因此，通过y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构9能够对y轴的运动起到减震及限位的作用，提高焊接机器人5的运行平稳性，进而提高其焊接精度。在装卸的时候，先将y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构9在生产线外部都基本组装好，再放入可移动箱座4的上端面开设的安装孔，矫正位置后，安装y轴弹性调节机构。

由于x轴运行36m跟踪精度±0.1mm，y轴及z轴x轴运行36m跟踪精度±0.05mm，达到了铣削作业的施工标准，因此在可移动箱座4的下部，焊接机器人5上方还设有铣削动力头28。当需要进行铣削作业的时候，将焊接机器人5拆下，就能够单独运动铣削动力头28。由于特大型钻铣生产线需要至少上千万的投入，且大型工件在移动过程中也费时费力，因此将铣削动力头与焊接机器人集中在一条生产线上，可以在同一条生产线上进行焊接或铣削工艺，提高工作效率，节省人力物力；企业也无需再对铣削生产线进行高成本的投入，为企业减少生产成本，大大降低了企业投入。

可移动箱座4包括架体41、顶板42及安装座43，架体41套装于滑动梁7上，顶板42与架体41内上部固接，安装座43设于架体41下部，为方形箱体；焊接机器人5设于安装座43下端面，铣削动力头28设于安装座43侧面。在此结构中，顶板42即为上述的可移动箱座4的上端面，y轴偏心座25的偏心轴与顶板42铰接。

与上述结构相配合的，滑动梁7具有相互平行的两条，两条滑动梁7上均设有y轴导轨11，支撑板15平稳的设于两条滑动梁7上，无需其他机构就能够保证支撑板15在水平面上的平稳运动，不容易出现倾斜的现象。其中一条滑动梁7的内侧面设有y轴螺旋齿条，意味着y轴伺服电机23基本处于两条滑动梁7之间，y轴伺服电机23的驱动过程更简单，驱动力更平稳，预紧效果也更好。

在焊接过程中，对焊接机器人5的控制主要由计算机中已经设定好的软件程序命令来决定，能够精确的在不同工件中重复焊接动作，能够有效地提高焊接质量及焊接速度。

采用上述结构后，最大限度的保证设备运行的平稳性，使得此生产线能够胜任特大型、高精密度的焊接加工，x轴运行42m跟踪精度±0.1mm，y轴及z轴跟踪精度±0.05mm，有效地保证了焊接工艺的精密度；且此精度已经达到了大型龙门铣床的作业标准，还能将铣削动力头与焊接机器人集中在一条生产线上，可以在同一条生产线上进行焊接或铣削工艺，提高工作效率，节省人力物力；企业也无需再对铣削生产线进行高成本的投入，为企业减少生产成本，大大降低了企业投入。

Claims (7)

1.一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其特征在于：包括两条导向梁（1）、若干平台（2）、龙门架（3）、可移动箱座（4）及焊接机器人（5），两条导向梁（1）相互平行，上端面设有导向导轨，平台（2）设于两条导向梁（1）之间，龙门架（3）设于导向梁（1）上部；龙门架（3）包括两条立臂（31），两条立臂（31）的顶端通过联接梁（32）固接，立臂（31）下部分别设有机座（33），两个机座（33）底部设有与导向导轨配合的导向槽，外部均设有x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构（6），使得龙门架（3）沿导向梁（1）移动；两条立臂（31）之间设有可沿立臂（31）移动的滑动梁（7）及其驱动机构，上端面设有滑动导轨，可移动箱座（4）套装于滑动梁（7）上，其内上部设有与滑动导轨配合的滑动槽，下部设有焊接机器人（5），可移动箱座（4）上设有y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构（9），使得可移动箱座（4）沿滑动梁（7）移动；

所述导向梁（1）外侧面设有x轴螺旋齿条；x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构（6）包括x轴伺服电机（10）、x轴电机座（11）、x轴减速器（12）、x轴偏心座（13）及x轴弹性调节机构；x轴伺服电机（10）设于x轴电机座（11）上，其输出轴与x轴减速器（12）连接，x轴电机座（11）的下端与x轴偏心座（13）固定，x轴偏心座（13）的偏心轴与机座（33）铰接；x轴减速器（12）的输出轴贯穿x轴偏心座（13），此输出轴的下端设有与x轴螺旋齿条配合的x轴螺旋齿轮（14）；x轴弹性调节机构可调节x轴螺旋齿条与x轴螺旋齿轮（14）之间啮合的压紧度；所述x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构（6）与y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构（9）的结构相同；所述滑动梁（7）外侧面设有y轴螺旋齿条；y轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第二齿轮齿条预压稳定机构（9）包括y轴伺服电机（22）、y轴电机座（23）、y轴减速器（24）、y轴偏心座（25）及y轴弹性调节机构，y轴电机座（23）与可移动箱座（4）的上端面固接，y轴偏心座（25）与可移动箱座（4）的上端面铰接，y轴减速器（24）输出轴依次贯穿y轴偏心座（25）及可移动箱座（4）的上端面，其端部设有与y轴螺旋齿条配合的y轴螺旋齿轮（27）。

2.根据权利要求1所述的一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其特征在于：所述x轴弹性调节机构包括调节螺杆（15）、x轴第一导向块（16）、x轴第二导向块（17）、x轴碟形弹簧（18）及x轴螺母（19）；x轴第一导向块（16）固定设于机座（33）上，x轴第二导向块（17）固定设于x轴偏心座（13）上，两者中部均设有同轴的导向孔；x轴调节螺杆（15）通过导向孔依次穿过x轴第二导向块（17）及x轴第一导向块（16），其外部设有外螺纹；x轴调节螺杆（15）上位于x轴第二导向块（17）外侧的一段套装有x轴碟形弹簧（18），x轴调节螺杆（15）的两端均固定设有x轴螺母（19）；所述y轴弹性调节机构中的y轴第一导向块（26）与可移动箱座（4）的上端面固接。

3.根据权利要求2所述的一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其特征在于：所述x轴偏心座（13）上对称的设有圆弧状的限位孔（20），机座（33）上设有与限位孔（20）配合且具有内螺纹的中心孔，限位螺栓（21）穿过限位孔（20）与中心孔连接；限位孔（20）的圆心与x轴偏心座（13）的偏心轴一致。

4.根据权利要求2所述的一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其特征在于：所述调节螺杆（15）中部为“凸”字型，两端均为设有螺纹的圆柱形。

5.根据权利要求1所述的一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其特征在于：所述x轴偏心座（13）底部还固定设有支承板（29），机座（33）上固接有与x轴齿轮齿条传动及驱动机构以及第一齿轮齿条预压稳定机构配合的带有凹槽开口的安装板（30）。

6.根据权利要求1所述的一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其特征在于：所述可移动箱座（4）的下部，焊接机器人（5）上方还设有铣削动力头（28）。

7.根据权利要求6所述的一种九轴龙门式机器人柔性焊接生产线，其特征在于：所述可移动箱座（4）包括架体（41）、顶板（42）及安装座（43），架体（41）套装于滑动梁（7）上，顶板（42）与架体（41）内上部固接，安装座（43）设于架体（41）下部，为方形箱体；焊接机器人（5）设于安装座（43）下端面，铣削动力头（28）设于安装座（43）侧面。